(57)【要約】  【課題】小型化を図りながらも所望の周波数特性を再現性良く得ることができる音響センサを提供する。  【解決手段】回路基板たるプリント基板２との間で受波素子１および電子部品３を囲むようにプリント基板２に封着されたシールドケース５を備える。受波素子１は、ダイヤフラム状の振動板部１２の後面側にスペーサ部１３を介して背板部１４が設けられた静電容量型の受波素子であり、シールドケース５は、受波素子１１の振動板部１２に対向する前壁５ａに音孔５１が形成されるとともに、前壁５ａの後面において受波素子１の支持部１１と重なる領域に交差し受波素子１とプリント基板２との間の空間と音孔５１を連通させる通気用溝５２が形成されており、前壁５ａの後面に受波素子１の支持部１１が通気用溝５２と重なる部位を除いてシール用の樹脂により接着されている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
音波を受波するとともに受波した音波を電気信号である受波信号に変換する受波素子と、受波素子の後面側に配置され受波素子から出力された受波信号を信号処理する信号処理回路を構成する電子部品が受波素子との対向面側に実装された回路基板と、回路基板との間で受波素子および電子部品を囲むように回路基板に封着されたシールドケースとを備え、受波素子は、枠状の支持部の内側に連続一体に形成されたダイヤフラム状の振動板部の後面側にスペーサ部を介して背板部が設けられた静電容量型の受波素子であり、シールドケースは、受波素子の振動板部に対向する前壁に音孔が形成されるとともに、前壁の後面において受波素子の支持部と重なる領域に交差し受波素子と回路基板との間の空間と音孔を連通させる通気用溝が形成されており、前壁の後面に受波素子の支持部が通気用溝と重なる部位を除いてシール用の樹脂により接着されてなることを特徴とする音響センサ。
【請求項２】
シールドケースは、前壁の後面における通気用溝の幅方向の両側に通気用溝への樹脂の流入を阻止する流入阻止用凸部が突設されてなることを特徴とする請求項１記載の音響センサ。
【請求項３】
シールドケースは、前壁の後面にシール用の樹脂を充填する樹脂充填用凹部が通気用溝に連続して形成されるとともに、通気用溝の幅方向の両側で通気用溝の長手方向において樹脂充填用凹部の内部空間を２つの樹脂充填室に分ける仕切壁が樹脂充填用凹部の内底面から突設されてなることを特徴とする請求項１記載の音響センサ。
【請求項４】
音波を受波するとともに受波した音波を電気信号である受波信号に変換する受波素子と、受波素子の後面側に配置され受波素子から出力された受波信号を信号処理する信号処理回路を構成する電子部品が受波素子との対向面側に実装された回路基板と、回路基板との間で受波素子および電子部品を囲むように回路基板に封着されたシールドケースとを備え、受波素子は、枠状の支持部の内側に連続一体に形成されたダイヤフラム状の振動板部の後面側に絶縁材料からなるスペーサ部を介して背板部が設けられた静電容量型の受波素子であり、シールドケースは、受波素子の振動板部に対向する前壁に音孔が形成されるとともに、前壁の後面において受波素子の支持部と重なる領域に交差し受波素子と回路基板との間の空間と音孔を連通させる通気用パイプが前壁の後面側で支持部との間に配置されており、前壁の後面に通気用パイプおよび受波素子の支持部がシール用の樹脂により接着されてなることを特徴とする音響センサ。
【請求項５】
シールドケースは、前壁の後面において受波素子の支持部と重なる領域に交差し通気用パイプを位置決めする位置決め溝が形成されてなることを特徴とする請求項４記載の音響センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、携帯電話、補聴器などの音声入力用途に利用される小型の音響センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、振動板およびバックプレートを有する静電容量型の受波素子と、受波素子の後面側に配置され受波素子から出力された受波信号を信号処理する電子部品が受波素子との対向面側に実装されたプリント基板からなる回路基板と、回路基板との間で受波素子および電子部品を囲むように回路基板に封着されたシールドケースとを備えた音響センサが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ここで、上記特許文献１に開示された音響センサにおけるシールドケースは、受波素子の振動板に対向する前壁に音孔が形成されるとともに、前壁の後面に受波素子と回路基板との間の空間と音孔を連通させる通気用溝が形成されている。なお、上記特許文献１に開示された音響センサでは、上述の通気用溝が形成されているので、受波素子と回路基板との間の空間に配置された電子部品の発熱に起因した空気の膨張収縮により周波数特性が変動するのを抑制することができる。
【０００４】
また、従来から、受波素子として、例えば、シリコン基板などをマイクロマシンニング技術などにより加工して形成され、枠状の支持部の内側に連続一体に形成されたダイヤフラム状の振動板部からなる可動電極の後面側に絶縁材料からなるスペーサ部を介して背板部からなる固定電極が設けられた静電容量型の受波素子が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平６−３３９１９２号公報（段落〔０００２〕−〔０００７〕、および図５）
【特許文献２】特開２００３−３１８２０号公報（段落〔０００２〕−〔０００３〕、および図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記特許文献１に開示された音響センサの小型化を図るために、受波素子として上記特許文献２に記載されているようにマイクロマシンニング技術を利用して形成された静電容量型の受波素子を用いることが考えられる。
【０００６】
しかしながら、シールドケースの前壁と受波素子の支持部との互いの対向面の平面度の違いに起因して通気用溝以外の部位に通気経路が形成されてしまい、音響抵抗が通気用溝の形状により決まる音響抵抗よりも低くなって低周波数領域のカットオフ周波数が設計値よりも高くなるとともに、センサ毎にカットオフ周波数がばらついて、所望の周波数特性を得ることができないとう知見を得た。なお、上記特許文献１には、組立後に音響抵抗を調整するようにした音響センサも開示されているが、音響センサの組立時に音響抵抗を調整するためのボルトやチューブを回路基板に取り付けておき、組立後に音響抵抗を調整する作業が必要なので、生産性が低かった。
【０００７】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、小型化を図りながらも所望の周波数特性を再現性良く得ることができる音響センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明は、音波を受波するとともに受波した音波を電気信号である受波信号に変換する受波素子と、受波素子の後面側に配置され受波素子から出力された受波信号を信号処理する信号処理回路を構成する電子部品が受波素子との対向面側に実装された回路基板と、回路基板との間で受波素子および電子部品を囲むように回路基板に封着されたシールドケースとを備え、受波素子は、枠状の支持部の内側に連続一体に形成されたダイヤフラム状の振動板部の後面側にスペーサ部を介して背板部が設けられた静電容量型の受波素子であり、シールドケースは、受波素子の振動板部に対向する前壁に音孔が形成されるとともに、前壁の後面において受波素子の支持部と重なる領域に交差し受波素子と回路基板との間の空間と音孔を連通させる通気用溝が形成されており、前壁の後面に受波素子の支持部が通気用溝と重なる部位を除いてシール用の樹脂により接着されてなることを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、シールドケースの前壁の後面に受波素子の支持部が通気用溝と重なる部位を除いてシール用の樹脂により接着されているので、シールドケースの前壁と受波素子の支持部との互いの対向面の平面度の違いに起因して通気用溝以外の部位に通気経路が形成されるのを防止することができ、通気用溝以外の部位に通気経路が形成されてしまう場合に比べて音響抵抗が高くなってカットオフ周波数が低くなるとともに音響センサ毎の音響抵抗およびカットオフ周波数のばらつきが小さくなるから、小型化を図りながらも所望の周波数特性を再現性良く得ることができる。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、シールドケースは、前壁の後面における通気用溝の幅方向の両側に通気用溝への樹脂の流入を阻止する流入阻止用凸部が突設されてなることを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、通気用溝に樹脂が流入するのを阻止することができるので、通気用溝への樹脂の流入量の違いに起因した音響抵抗の違いにより周波数特性がばらつくのを防止することができる。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、シールドケースは、前壁の後面にシール用の樹脂を充填する樹脂充填用凹部が通気用溝に連続して形成されるとともに、通気用溝の幅方向の両側で通気用溝の長手方向において樹脂充填用凹部の内部空間を２つの樹脂充填室に分ける仕切壁が樹脂充填用凹部の内底面から突設されてなることを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、組立時に２つの樹脂充填室のうちの一方のみに樹脂を充填する場合と両方に樹脂を充填する場合とで通気用溝の実効的な長さを変化できて音響抵抗を調整することができるから、周波数特性を調整することができる。
【００１４】
請求項４の発明は、音波を受波するとともに受波した音波を電気信号である受波信号に変換する受波素子と、受波素子の後面側に配置され受波素子から出力された受波信号を信号処理する信号処理回路を構成する電子部品が受波素子との対向面側に実装された回路基板と、回路基板との間で受波素子および電子部品を囲むように回路基板に封着されたシールドケースとを備え、受波素子は、枠状の支持部の内側に連続一体に形成されたダイヤフラム状の振動板部の後面側にスペーサ部を介して背板部が設けられた静電容量型の受波素子であり、シールドケースは、受波素子の振動板部に対向する前壁に音孔が形成されるとともに、前壁の後面において受波素子の支持部と重なる領域に交差し受波素子と回路基板との間の空間と音孔を連通させる通気用パイプが前壁の後面側で支持部との間に配置されており、前壁の後面に通気用パイプおよび受波素子の支持部がシール用の樹脂により接着されてなることを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、シールドケースの前壁の後面に受波素子の支持部が全周に亘ってシール用の樹脂により接着されているので、シールドケースの前壁と受波素子の支持部との互いの対向面の平面度の違いに起因して通気用パイプの内部空間以外の通気経路が形成されるのを防止することができるから、通気用パイプ以外の部位に通気経路が形成されてしまう場合に比べて音響抵抗が高くなってカットオフ周波数が低くなるとともに音響センサ毎の音響抵抗およびカットオフ周波数のばらつきが小さくなるから、小型化を図りながらも所望の周波数特性を再現性良く得ることができる。しかも、通気用パイプの長さおよび内径を適宜設定することにより音響抵抗を調整することができる。
【００１６】
請求項５の発明は、請求項４の発明において、シールドケースは、前壁の後面において受波素子の支持部と重なる領域に交差し通気用パイプを位置決めする位置決め溝が形成されてなることを特徴とする。
【００１７】
この発明によれば、組立時に通気用パイプの位置がずれるのを防止することができ、組立性が向上する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明では、小型化を図りながらも所望の周波数特性を再現性良く得ることができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
（実施形態１）
本実施形態の音響センサは、図１（ａ）および図２に示すように、音波を受波するとともに受波した音波を電気信号である受波信号に変換する受波素子１と、受波素子１の後面側（図１（ａ）における下面側）に配置され受波素子１から出力された受波信号を信号処理する信号処理回路を構成する複数の電子部品３が受波素子１との対向面側（図１（ａ）における上面側）に実装されたプリント基板２と、プリント基板２との間で受波素子１および各電子部品３を囲むようにプリント基板２に封着された金属製のシールドケース５とを備えている。なお、電子部品３としては、例えば、ノイズ除去回路を構成する表面実装型の抵抗および表面実装型のコンデンサや、増幅回路用のＦＥＴなどがある。
【００２０】
受波素子１およびプリント基板２の外周形状は矩形状であり、シールドケース５は、後面が開口した矩形箱状の形状に形成されており、前壁５ａに音波を導入するための複数の音孔５１が形成され、周壁５ｂの後端縁がプリント基板２における電子部品３の実装面と略面一となるように配置されている。なお、シールドケース５の後端縁とプリント基板２の外周縁との間は、封止樹脂（例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂など）からなる封止部７により全周に亘って封着されている。また、各音孔５１は円形状に開口されている。
【００２１】
また、シールドケース５内には、受波素子１とプリント基板２とを電気的に接続するための導体パターン（電気配線）がメッキ技術およびレーザー加工技術を利用して形成された合成樹脂成形品からなる立体回路基板（ＭＩＤ基板）４が、受波素子１とプリント基板２との間に配置されている。ここにおいて、立体回路基板４の中央部には、各電子部品３の収納スペースを確保するとともに受波素子１の後面側に背室６を形成するための開口部４２が形成されており、立体回路基板４の平面形状は矩形枠状となっている。
【００２２】
立体回路基板４はプリント基板２における受波素子１との対向面側に配置されており、立体回路基板４の導体パターンがプリント基板２の回路パターンと電気的に接続されるとともに、立体回路基板４とプリント基板２との互いの対向面の周部同士が封止樹脂により封着されている。
【００２３】
なお、本実施形態では、プリント基板２が、信号処理回路を構成する電子部品３が受波素子１との対向面側に実装された回路基板を構成しているが、立体回路基板４の中央部に開口部４２を設ける代わりに背室６を形成するための凹所を形成するとともに導体パターンのパターン設計を適宜変更して当該凹所の内底面に電子部品３を実装することでプリント基板２を用いないようにすれば、立体回路基板４が、信号処理回路を構成する電子部品が受波素子１との対向面側に実装された回路基板を構成することになる。
【００２４】
受波素子１は、半導体製造技術を応用したマイクロマシンニング技術を利用して形成された静電容量型の受波素子であり、枠状（本実施形態では、矩形枠状）の支持部１１の内側に連続一体に形成されたダイヤフラム状の振動板部１２の後面（背面）側に絶縁層（例えば、二酸化シリコン層）からなる複数のスペーサ部１３を介して背板部１４が設けられ、振動板部１２と背板部１４との間に空気層（エアギャップ）１５が形成されている。また、背板部１４には複数の排気孔１４ａが厚み方向に貫設されており、振動板部１２の振動時に排気孔１４ａを空気が通過するようにしてある。したがって、振動板部１２が音波の圧力を受けて振動する際に振動板部１２と背板部１４との間の空気層１５により過度に制動を受けないようにすることができ、広い周波数帯域にわたる平坦な周波数特性と広いダイナミックレンジとを得ることが可能となる。なお、本実施形態の受波素子１は、厚み方向の中間部にシリコン酸化膜からなる絶縁膜を有する所謂ＳＯＩウェハとシリコンウェハとを二酸化シリコン層が介在する形で貼り合わせた後でシリコンウェハを所定厚さ（ここでは、背板部１４の設計厚さ）まで研磨した多層構造ウェハを用いて形成されており、ＳＯＩウェハの主表面側のシリコン層の一部により形成される振動板部１２に予め不純物をドーピングすることで振動板部１２に導電性を付与してあって、振動板部１２が可動電極を構成し、また、シリコンウェハの一部により形成される背板部１４に予め不純物をドーピングすることで背板部１４に導電性を付与してあって、背板部１４が固定電極を構成している。ここにおいて、受波素子１の基礎となる多層構造ウェハの構造は特に限定するものではなく、例えば、二酸化シリコン層を形成したシリコンウェハと振動板部１２の基礎になる高濃度不純物層を形成したシリコンウェハとを貼り合わせたものを用いてもよい。
【００２５】
上述の受波素子１では、振動板部１２と背板部１４とを電極とするコンデンサが形成されるから、振動板部１２が音波の圧力を受けることにより振動板部１２と背板部１４との間の距離が変化し、振動板部１２と背板部１４とを電極とするコンデンサの静電容量が変化する。したがって、振動板部１２および背板部１４に設けたパッド（図示せず）間に直流バイアス電圧を印加しておけば、パッドの間には音波の圧力に応じて微小な電圧変化が生じるから、音波を電気信号に変換することができる。ここで、受波素子１の各パッドと立体回路基板４の導体パターンとは金属材料（例えば、金など）からなるバンプ（図示せず）を介して電気的に接続されているが、バンプに限らず、異方導電接着剤を用いて接続するようにしてもよい。ここに、立体回路基板４における開口部４２の周部には上面および内側面が開放された凹所４３が形成されており、凹所４３の内底面に対応する部位で背板部１４のパッドと導体パターンとが接続され、凹所４３の周部で振動板部１２のパッドと導体パターンとが接続されている。したがって、立体回路基板４の周部と受波素子１の周部との間には、受波素子１の外周面とシールドケース５の周壁５ｂの内周面との間の空間および背室６に連通する隙間が形成されている。なお、受波素子１は、振動板部１２に導電性を付与せずに導電性材料（例えば、アルミニウムなど）からなる可動電極を積層するとともに、背板部１４に導電性を付与せずに導電性材料（例えば、アルミニウムなど）からなる固定電極を積層するようにしてもよい。
【００２６】
ところで、シールドケース５は、前壁５ａの後面において受波素子１の支持部１１と重なる領域に交差し受波素子１とプリント基板２との間の空間（つまり、背室６）と音孔５１を連通させる細長の通気用溝５２が形成されており、前壁５ａの後面に受波素子１の支持部１１が通気用溝５２と重なる部位を除いてシール用の樹脂により接着されている。要するに、組立工程においてシールドケース５と受波素子１とをシール用の樹脂により接着するにあたっては、例えば、図１（ｂ）に示すように、シールドケース５の前壁５ａの後面に塗布したシール用の樹脂からなるシール用樹脂部８を設けてから、シールドケース５と受波素子１の支持部１１とをシール用樹脂部８を介して接着すればよい。
【００２７】
しかして、本実施形態の音響センサでは、シールドケース５の前壁５ａの後面に受波素子１の支持部１１が通気用溝５２と重なる部位を除いてシール用の樹脂により接着されているので、シールドケース５の前壁５ａと受波素子１の支持部１１との互いの対向面の平面度の違いに起因して通気用溝５２以外の部位に通気経路が形成されるのを防止することができ、通気用溝５２以外の部位に通気経路が形成されてしまう場合に比べて音響抵抗が高くなってカットオフ周波数が低くなるとともに音響センサ毎の音響抵抗およびカットオフ周波数のばらつきが小さくなるから、小型化を図りながらも所望の周波数特性を再現性良く得ることができる。その結果、製造歩留まりの向上による低コスト化を図ることが可能となる。
【００２８】
（実施形態２）
本実施形態の音響センサの基本構成は実施形態１と略同じであって、図３に示すように、シールドケース５の前壁５ａの後面における通気用溝５２の幅方向の両側に、通気用溝５２へのシール用の樹脂の流入を阻止する流入阻止用凸部５３を突設することで、シール用樹脂部８の一部が通気用溝５２内に形成されるのを防止している点に特徴がある。なお、他の構成は実施形態１と同じなので、図示および説明を省略する。
【００２９】
しかして、本実施形態の音響センサでは、通気用溝５２にシール用の樹脂が流入するのを阻止することができるので、通気用溝５２へのシール用の樹脂の流入量の違いに起因した音響抵抗の違いにより周波数特性がばらつくのを防止することができる。
【００３０】
（実施形態３）
本実施形態の音響センサの基本構成は実施形態１と略同じであって、図４（ａ），（ｂ）に示すように、シールドケース５の前壁５ａの後面にシール用の樹脂を充填する樹脂充填用凹部５４が通気用溝５２に連続して形成されるとともに、通気用溝５２の幅方向の両側で通気用溝５２の長手方向（図４（ａ）における左右方向）において樹脂充填用凹部５４の内部空間を２つの樹脂充填室５４ａ，５４ａに分ける仕切壁５４ｂが樹脂充填用凹部５４の内底面から突設されている点に特徴がある。なお、他の構成は実施形態１と同じなので、図示および説明を省略する。
【００３１】
しかして、本実施形態の音響センサでは、組立時に、図４（ｃ）に示すように２つの樹脂充填室５４ａ，５４ａのうちの一方のみにシール用の樹脂を充填してシール用樹脂部８を形成する場合（ただし、樹脂充填用凹部５４のうち内部空間が仕切壁５４ｂに仕切られていない内部空間には全体に亘ってシール用の樹脂を充填する）と、図４（ｄ）に示すように２つの樹脂充填室５４，５４ａの両方にシール用の樹脂を充填してシール用樹脂部８を形成する場合（ただし、樹脂充填用凹部５４のうち内部空間が仕切壁５４ｂに仕切られていない内部空間には全体に亘ってシール用の樹脂を充填する）とで通気用溝５２の実効的な長さを変化できて音響抵抗を調整することができるから、周波数特性を調整することができる。なお、図４（ｃ）と図４（ｄ）とでは図４（ｄ）の方が通気用溝５２の実効的な長さが長くなり、音響抵抗が高くなる。
【００３２】
（実施形態４）
本実施形態の音響センサの基本構成は実施形態１と略同じであって、実施形態１にて説明した通気用溝５２をシールドケース５の前壁５２の後面に形成する代わりに、図５に示すように、シールドケース５の前壁５ａの後面において受波素子１の支持部１１と重なる領域に交差し受波素子１とプリント基板２との間の空間と音孔５１を連通させる通気用パイプ９を前壁５ａの後面に配置し（つまり、通気用パイプ９は、前壁５ａの後面側で受波素子１の支持部１１との間に配置される）、前壁５ａの後面に通気用パイプ９および受波素子１の支持部１１をシール用の樹脂により接着している点が相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００３３】
しかして、本実施形態の音響センサでは、シールドケース５の前壁５ａの後面に受波素子１の支持部１１が全周に亘ってシール用の樹脂により接着されているので、シールドケース５の前壁５ａと受波素子１の支持部１１との互いの対向面の平面度の違いに起因して通気用パイプ９の内部空間以外の通気経路が形成されるのを防止することができるから、通気用パイプ９以外の部位に通気経路が形成されてしまう場合に比べて音響抵抗が高くなってカットオフ周波数が低くなるとともに音響センサ毎の音響抵抗およびカットオフ周波数のばらつきが小さくなるから、小型化を図りながらも所望の周波数特性を再現性良く得ることができる。しかも、通気用パイプ９の長さおよび内径を適宜設定することにより音響抵抗を調整することができる。
【００３４】
（実施形態５）
本実施形態の音響センサの基本構成は実施形態４と略同じであって、図６（ａ），（ｂ）に示すように、シールドケース５の前壁５ａの後面に通気用パイプ９を位置決めする位置決め溝５６が形成されている点が相違するだけである。他の構成は実施形態４と同じなので図示および説明を省略する。
【００３５】
しかして、本実施形態の音響センサでは、組立時に通気用パイプ９の位置がずれるのを防止することができ、組立性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】実施形態１を示し、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は（ａ）の要部説明図である。
【図２】同上を示す概略分解斜視図である。
【図３】実施形態２におけるシールドケースにシール用の樹脂を塗布した状態を示し、（ａ）は下面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。
【図４】実施形態３におけるシールドケースを示し、（ａ）は下面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ’断面図、（ｃ），（ｄ）はシール用の樹脂の充填例の説明図である。
【図５】実施形態４におけるシールドケースにシール用の樹脂を塗布した状態を示し、（ａ）は下面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ’断面図である。
【図６】実施形態４におけるシールドケースにシール用の樹脂を塗布した状態を示し、（ａ）は下面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ’断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  受波素子
２  プリント基板
３  電子部品
４  立体回路基板
５  シールドケース
５ａ  前壁
５ｂ  周壁
８  シール用樹脂部
１１  支持部
１２  振動板部
１３  スペーサ部
１４  背板部
１４ａ  排気孔
５１  音孔
５２  通気用溝
【図１】
2006311105.tif 000003
【図２】
2006311105.tif 000004
【図３】
2006311105.tif 000005
【図４】
2006311105.tif 000006
【図５】
2006311105.tif 000007
【図６】
2006311105.tif 000008